EA013268B1 - Устройство и способ для измерения количества молока, в частности в процессе доения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для измерения массовых потоков, в частности пенящихся жидкостей, содержит измерительное приспособление с двумя электродами, по меньшей мере одно электрическое средство для генерации электрического параметра и аналитическое устройство. Электрическое средство присоединено к первому электроду в двух удаленных точках, таких, чтобы присоединение было параллельным первому электроду. Второй электрод присоединен к первому электроду посредством аналитического устройства.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству и способу измерения количества молока, в частности в процессе доения. Изобретение преимущественно подходит для определения количества молока, полученного от коров, овец, бизонов, лам, верблюдов, яков, дромадеров, оленей и т.п. или от других молочных животных, и будет описано ниже со ссылками на доение, например, коров.

Дополнительно изобретение может быть использовано в других областях применения, где измерение количества или массы потока пены или пенообразующей жидкости относится к таким измерениям, как массовые потоки пива, слабоалкогольных напитков, фруктовых соков или подобных пищевых продуктов, так же, как и потоков пены технических жидкостей, таких как растворы для гальванопокрытий.

Информация о текущих молочных потоках важна для управления процессами доения, чтобы приспосабливать параметры в процессе дойки, например для определения перехода от фазы стимулирования к основной фазе доения или времени снятия аппарата. Хотя высокая точность уровня обычно не требуется, она желательна.

Измерение молочной продуктивности имеет значение для вынесения решения о продуктивности каждой коровы. Оно полезно, чтобы иметь точное значение, которое требуется для ИКАР (Международная комиссия для записи животных), так как это мировое обозрение требуется для регулярной селекции производительности молочного стада.

Хотя требования для ИКАР существенно зависят от различных групп животных и других параметров, они, в целом, высоки.

Приемлемая погрешность для коров и для молочной выработки большей чем 10 кг составляет максимум 2%, при максимальном стандарте рассеяния 2,5%. Однако, как правило, общая оценка производительности или управления процессом доения не требует такого уровня точности.

Одним преимуществом измерения количества или массы потока молока является то, что в индивидуальных случаях часть молочной кривой в процессе доения или общая продуктивность доения будет позволять давать заключение о состоянии здоровья животного.

Еще одной проблемой, возникающей при измерении молочных потоков, является тяжесть молочной пены. Пена формируется в процессе доения и, в дальнейшем, интенсифицируется посредством новых молочных потоков, так как, как правило, воздух появляется периодически или постоянно, позволяя вводить в молокосборочные детали и/или сосочные стаканы в процессе доения, для отбора молока. Хотя объем воздуха, вводимого в единицу времени, может быть разным, он будет, как правило, приблизительно 8 л воздуха в минуту или даже больше. Допуская максимальный поток молока для коровы, например, 10-12 л молока в минуту в основной фазе доения, объем разряжаемого воздуха будет по крайней мере приблизительно 25%, в частном случае по крайней мере 40% или даже 50% объема потока производимого молока и введенного воздуха. И это вполне приемлемая порция уже присутствует в процессе фазы максимального потока молока. К концу процесса доения пропорция воздуха, подлежащего удалению, будет увеличиваться еще больше, вследствие уменьшения потока молока. В добавление к этому существует пропорция воздуха, введенного в сосочную чашку, из-за того, что невозможно обеспечить плотное прилегание между соском и поверхностью. Эта пропорция может быть приблизительно, например, 10 л воздуха в минуту. Эта приемлемая пропорция воздуха в воздушно-жидкостной смеси должна быть удалена, иначе она может быть причиной не только отдельных пузырьков пены, но и существенно формировать пену, которая значительно ухудшает измерение производительности потока молока.

Так как пропорция пены не позволяет принять решение по массе от объема, точные методы измерения производительности молока через методы измерения объема имеют свои ограничения. Оба фактора пропорция воздуха в потоке и размер пузырьков в пене не всегда даже подлежат измерению, но зависят от множества факторов. Такие факторы включают температуру молока, уровень потока молока, положение и выход молочных танков, типы деталей доильной установки, типы сосковых втулок, диаметр молокопровода, типы доильного оборудования, уровня вакуума и уровня пульсаций в процессе доения, воздушных утечек или воздушных или воздушного просачивания, текущего состояния здоровья вымени, индивидуальных различий между коровами, например, из-за стадий лактации или скорости отдачи молока, а также из-за различий в виде и качестве корма и т. д.

Другая проблема в измерении производительности молочного потока вызывается периодичностью молочного потока. В отличие от объемных измерений потоков во многих других приложениях молоко перетекает периодически. Пульсирующее пространство и также сосочное пространство в сосочной чашке подвергается периодическому воздействию вакуума так, что молоко будет вытекать из соска приблизительно с уровнем пульсаций. Этот уровень пульсаций обычно лежит между приблизительно 30 и 90, например в 60 циклов в минуту. Четыре соска и идентичная скорость для всех сосков будут заставлять молоко течь, имея приблизительно 60 импульсов молочного потока в минуту. В случае, если вымя делится пополам или на четыре соска, например, для выбора коровы, высокая частота пульсаций молочного потока может увеличиваться, достигая приблизительно 240 ударов в минуту при уровне пульсаций 60. Молоко часто транспортируется через молочные шланги в пучки такие, что короткие фазы максимальных потоков молока перемежаются с короткими фазами с минимальными потоками молока. Определение действительных потоков молока представляется трудным именно из-за этих условий.

Благодаря этим влияниям измерение потока молока является достаточно сложной задачей, т.к. есте

- 1 013268 ственная и составная фаза - пена с одной стороны, а также состав и качество жидкой фазы одного процесса доения и между процессами доения подвержены изменениям с другой стороны. Например, электропроводность жидкости и пропорция пенной фазы может быть различной протяженности, т.к. жирные компоненты могут изменяться в процессе доения, они в свою очередь будут вызывать изменения с точки зрения изменения электропроводности и оптических свойств молока. Методы измерения, основанные на измерении этих параметров, могут иметь, таким образом, значительные погрешности.

Патент Германии ΌΕ 3020161 С2 раскрывает устройство для измерения производительности процесса доения, по которому молоко периодически собирают в камеру до ее заполнения и затем удаляют содержимое камеры. По этому способу по времени, требуемому для заполнения, и уровню содержимого в камере молока может быть подсчитано общее количество молока и вычислен текущий поток молока. Достижимая точность такого измерительного приспособления высока. Однако вследствие выбранного принципа, периодическое управление измерением не позволяет точно определить текущие потоки молока, в частности, для слабых потоков. Точная информация о текущем потоке молока имеется, однако, такая информация полезна в начале процесса доения и, в частности, в конце процесса доения для приспособления и для определения лучшего времени удаления доильного приспособления. Измерение в непрерывном потоке может обеспечить лучшее управление удалением доильного приспособления, так как непрерывное измерение способствует раннему распознанию наилучшего времени для удаления.

Европейский патент ЕР 0536080 А2 раскрывает измерение производительности молока в потоке, по которому молоко транспортируется через каналы потока, при этом измеряют и анализируют прохождение инфракрасного светового потока через молоко. Временное ослабление или рассеяние инфракрасного светового потока через канал с протекающим молоком позволяет сделать заключение о мгновенной массе потока молока, протекающего через указанный канал. Одним недостатком оптического измерения является, например, то, что малые и большие пенные пузырьки могут рассеивать световой поток, используемый для измерения, так, что в присутствующей порции пены не будет достаточно света, чтобы он мог быть измерен в проходящем или отраженном измерении, что в результате приводит к ошибкам измерения.

Патент Германии ΌΕ 3737607 А1 раскрывает другой способ и устройство для измерения производительности молока в потоке. Множество электродов, размещенных один над другим, обеспечивают первичное определение электрического сопротивления или электрической проводимости жидкости и воздушной смеси на соответствующих уровнях посредством электродов. В нижней области измеряется справочное сопротивление жидкости текущего прохода. На основе каждого высшего уровня приращенный уровневый профиль специфического сопротивления рассчитывается посредством соответствующей проводимости. Скорость потока протекающей жидкости известна для известного профиля сопротивления из калибровочного измерения так, что приращенный уровневый профиль позволяет определить протекающую массу молока.

Известно устройство, работающее на таком принципе, в котором большинство из приблизительно 60 электродов размещены один над другим. Чтобы покрыть широкий диапазон высот и измерения, электроды помещены отдельно друг от друга в вертикальном направлении в специальном свободном электродном пространстве. Действительные условия измерения не могут быть определены в указанном свободном электродном пространстве. Указанное расстояние, например, 1,5 мм. Это может означать ошибку измерения приблизительно в 1,5 мм, которая будет игнорировать молочные потоки в нижней части заполнения высоты в несколько миллиметров, и, как результат, может соответственно давать значительные ошибки измерения.

Благодаря этому принципу известное устройство очень сложно для изготовления в деталях и электронике, так как большое количество электродов должны быть установлены и индивидуально подобраны электрически. Другим недостатком этого приспособления является высокое количество используемых электродов в молочном потоке, что только увеличивает количество шагов и приводит к потере точности.

Таким образом, остается главная задача, внедрить датчик в молочный поток, предлагая удовлетворительную точность измерений по разумной цене для фермеров.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройством и способом для определения количества или массового потока, в частности пенящейся жидкости, так, чтобы обеспечить адекватную точность измерения простыми средствами.

Эта задача разрешается согласно настоящему изобретению посредством устройства для измерения массового потока, в частности пенящейся жидкости, имеющей признаки согласно п.1 формулы, посредством конструкции согласно п.25 и 26 и способа, имеющего признаки, изложенные в п.31. Преимущества специфических воплощений являются субъектами зависимых пунктов формулы.

Устройство согласно настоящему изобретению является, в частности, подходящим для измерения массовых потоков, в частности пенящихся жидкостей. Устройство содержит по меньшей мере одно измерительное устройство. Это измерительное устройство содержит по меньшей мере два электрода, по меньшей мере одно электрическое средство для генерации электрической величины и средство для анализа этой величины. Электрическое средство прочно присоединено параллельно к первому электроду, а второй электрод электрически соединен с первым электродом посредством средства анализа. Предпоч

- 2 013268 тительно средство анализа электрически смонтировано между первым и вторым электродом. В частности, средство анализа электрически соединено с первым электродом, с одной стороны, и, с другой стороны, соединено со вторым электродом. Электрическое средство соединено, в частности, с двумя пространственно изолированными точками на первом электроде так, что оно соединено параллельно первому электроду.

Изобретение имеет много преимуществ. Изобретение, в частности, подходит для определения количества пенных и/или вспененных жидкостей, таких как молоко.

Устройство согласно настоящему изобретению просто для очистки, дезинфекции и поддержания в рабочем состоянии, т.к. оно не содержит никаких движущихся частей. Конструкция измерительного корпуса может быть очень простой.

Предпочтительно поток жидкости измеряют непрерывно, в частности, в процессе доения. С этой стороны измерительную секцию предпочтительно выполнить как приспособление.

Дополнительным преимуществом является возможность, которую изобретенное устройство предлагает для поточного измерения прерывистых потоков производимого молока с высокой точностью в процессе доения. Пульсирующий молочный поток требует высокой точности в соответствии с правилами измерения, которые требуют в настоящем случае выполнения измерений с высокой степенью точности.

Другим значительным преимуществом устройства согласно настоящему изобретению и специфическим воплощениям, описанным выше, является то, что входящее количество текущей жидкости будет всегда измерено, включая порцию пены. Например, когда поток молока сокращается и, таким образом, молоко у электродов протекает более медленно, вследствиие поверхностного натяжения (например, благодаря содержанию жира), устройство согласно настоящему изобретению остается способным к правильному измерению количества молока или молочного потока, так как измеряется плотность, а не высота заполнения или объем.

С устройством согласно патенту ΌΕ 3737607 А1, описанным выше, однако, высота заполнения может быть выше, чем она действительно есть в потоке молока, протекающего мимо электродов медленнее. Это будет порождать ошибки измерения. Видимый поток молока измеряется, но при этом фактически присутствует меньшее количество молока. Это «приклеенное» молоко бывает очень часто в процессах доения, поскольку молочные потоки идут волнами так, что меньшие молочные потоки могут иметь место в каждом цикле пульсаций.

С устройством согласно настоящему изобретению «прилипающие» силы жидкости у датчика имеют только небольшое влияние, так как измеряется плотность, но не высота заполнения.

В другом значительном преимуществе настоящего изобретения во всех его воплощениях возможно непрерывное измерение, не ограничиваемое числом анализирующих электродов, как это проявляется в случае, описанном в системе согласно патенту ΌΕ 3737607. Именно возможности разрешения известных устройств ограничены, поскольку измерительная область не может быть использована полностью. Чтобы достичь удовлетворительной точности при измерении в потоке, это устройство должно обеспечить адекватно большой проходной поток с высотой, такой, чтобы измерительный корпус был сконструирован достаточно большим или достаточно высоким. Это не требуется для устройства согласно настоящему изобретению, так как разрешение (точность измерения) главным образом не относится к конструктивному выполнению электродов. Устройство согласно настоящему изобретению может быть оптимально приспособлено для потоков молока животных определенных видов (например, коров или овец) так, чтобы достичь оптимального разрешения для указанных видов животных как для максимальных, так и для минимальных потоков молока.

Предпочтительно измерительное устройство размещать в измерительной секции, что может быть обеспечено в корпусе устройства. Корпус предпочтительно содержит по меньшей мере одно входное и по меньшей мере одно выходное отверстие. Между входным и выходным отверстием выполнена измерительная секция, в которой жидкость, которая должна быть измерена, протекает в канале.

В измерении высота потока жидкости улавливается не по шагам, а непрерывно. Таким образом, точность измерения может быть повышена.

Согласно настоящему изобретению не существует высоты заполнения, которая должна быть измерена, но используется интегральный профиль плотности. Благодаря использованному принципу, не требуется индивидуальная калибровка для каждой коровы или для группы коров.

Массовый поток выводится из профиля плотности. Калибровочные параметры, используемые для этого, включают влияние специфических устройств. Например, берут в расчет какая скорость потока будет гарантирована от какого профиля плотности.

Время отклика устройства определяется посредством время отклика электронных анализирующих компонентов, которые обычно позволяют быстро проводить измерения потока.

Изобретенный принцип измерения реализован во всех воплощениях предпочтительно посредством измерения потенциала тем, что проводят потенциометрические измерения. К одному электроду, например первому электроду, приложен потенциал, который падает близко к линейной зависимости вдоль электрода, по меньшей мере, когда поперечное сечение и свойства материала вдоль электрода постоянны.

Первый электрод, в частности, выполнен простирающимся в пространстве, в частности, удлинен

- 3 013268 ной формы. Первый электрод рассматривается простирающимся, в частности, перпендикулярно потоку.

В процессе измерения первый электрод смачивается вспененной жидкостью до определенной высоты. Смачивание имеет место в обоих случаях с жидкой фазой и возможным присутствием пенной фазы. Таким образом, кривая потенциала, вводимого в текущую жидкую среду, зависит от высоты и качества смачивания. Электрическое средство присоединено, в частности, двумя пространственно разделенными точками на первом электроде так, что оно присоединено параллельно первому электроду. Две пространственно разделенные точки на первом электроде могут быть расположены, в частности, около двух концов первого электрода.

Второй электрод предпочтительно также расположен пространственно и он, в частности, выполнен продолговатой формы, или же он может быть сконструирован, как точечный электрод в потоке среды, которую измеряют.

Второй электрод расположен на определенном (горизонтальном) расстоянии от первого электрода. Пенная жидкость между двумя электродами, в общем, формирует сопротивление. Уровень сопротивления, в целом, формируется за счет текучей среды между электродами. Чем выше пропорция жидкости меньшего сопротивления и чем больше пены присутствует в объеме между электродами, тем большее будет сопротивление. Сопротивление также зависит от горизонтального расстояния.

Если жидкая среда расположена, например, между двумя электродами так, что жидкий слой присутствует внизу и пенный слой наверху, общее сопротивление является интегральной составляющей обоих слоев. В этом упрощенном случае жидкий или пенный слой можно приблизительно рассматривать как параллельное соединение. Хотя специфическое сопротивление пенной части будет рассматриваться выше, чем специфическое сопротивление жидкой части, обе части будут вносить вклад в общее сопротивление. Таким образом, общее сопротивление будет отображать плотность между электродами.

Предпочтительно, однако, чтобы измерялось не сопротивление между электродами, а потенциал (напряжение). Потенциал, введенный в жидкость, будет измерен первым электродом. Если оба электрода будут покрыты чистой жидкостью от низа до верха, первый электрод будет прилагать скользящий потенциал, например, между 0 и 60 шУ в жидкость. Местная однородность жидкости между электродами будет, таким образом, производить интегральное значение 30 тУ между двумя электродами. С двумя электродами, смоченными на половину своей высоты, будет приложен скользящий потенциал, как указано выше, по высоте электрода между 0 и 30 тУ. Таким образом, интегральный потенциал в 15 тУ будет измерен между двумя электродами.

Когда присутствует слой жидкой среды, интегральное измерение будет принудительно учитывать пенную часть. Благодаря использованным принципам, метод измерения позволяет измерять пеносодержащие жидкости. Характеристики канализуемой жидкости, известные из калибровки, позволяют делать заключения о качестве потока жидкости от интегрального измерения плотности.

Так как принципы измерения в этой конструкции существенно основаны на измерении электрического потенциала, следует избегать потока электрической энергии через жидкую среду, который будет значительным в терминах физиологии животных. Таким образом, существуют отличия от известного уровня техники в устройствах и способах выполнения измерений электрического или оптического сопротивления.

Электроды сконструированы так, что начальное сопротивление рассматривается ниже, чем в жидкой фазе измеряемого потока жидкости. Это гарантирует «линейную» потенциальную кривую выше высоты первого электрода, независимо от высоты наполнения жидкой фазы или пенной части.

Представляется целесообразным обеспечить сопротивление между первым и вторым концами каждого электрода значительно меньше, чем сопротивление между электродами на максимальном уровне жидкостной фазы жидкой среды. Это будет гарантировать, что электрический потенциал, сформированный вокруг электрода, будет оказывать незначительное влияние на среду. Точность измерений также повышается. Например, может быть использован электрод, имеющий электрическое сопротивление, например, 100 мОм.

Как установлено выше, предпочтительные специфические воплощения всех вышеописанных конструкций включают как предпочтительное электрическое средство - источник напряжения или средство генерирования электрического напряжения. Электрическим значением, приложенным параллельно к первому электроду, таким образом, является электрическое напряжение. Посредством источника напряжения электрическое напряжение приложено между первым и вторым концами первого электрода. Предпочтительно, чтобы средство анализа содержало средство измерения напряжения.

Предпочтительно для измерения, чтобы источник напряжения был в вольтах в диапазоне милливольт, в частности в диапазоне до приблизительно 100 тУ, предпочтительные значения до приблизительно 5, 10, 20, 30, 40, 50 или 60 тУ.

Предпочтительно, чтобы источник напряжения генерировал переменное напряжение для защиты электродов от износа и предохранения от электролитического осадка, который может привести к ошибкам в измеряемых результатах. Частота переменного напряжения, установленного на источнике напряжения, должна быть в адекватном диапазоне. Подходящей частотой является, например, 1 кГц, но возможна также другая частота.

- 4 013268

Средство измерения напряжения предпочтительно содержит высокое внутреннее сопротивление, как обычно для обычных средств измерения напряжения. Предпочтительно, чтобы это внутреннее сопротивление было значительно большим, чем полное электрическое сопротивление типичной проверяемой жидкости между первым и вторым электродами при минимальном уровне жидкости.

Измерение также возможно, когда вместо источника напряжения используется (постоянный) источник энергии, в котором датчик энергии установлен вместо датчика напряжения, электрическим значением в этом случае будет электрический ток.

В этой конструкции следует заметить, что электрическое сопротивление будет изменяться с изменением температуры. Такое средство с постоянным источником энергии должно компенсировать любые изменения падения напряжения. Предпочтительно обеспечить средство температурным датчиком, чтобы фиксировать температуру потока жидкости или температуру электрода.

Устройство согласно настоящему изобретению обладает высокой достоверностью, так как в нем нет изнашивающихся частей. В частности, высокая точность измерений предпочтительно направлена на достижение одобрения ассоциации контроля молока или ИКАР. Устройство согласно настоящему изобретению также позволяет точно измерять потоки. Любые инвестиции требуют выражения в оборудовании или в финансах, которые могут быть позднее сэкономлены во временном или в денежном выражении для контролеров регулярных производителей молока.

Измеряемый сигнал предпочтительно улавливается в специальном, предварительно определенном или выбранном интервале времени, таком, чтобы было осуществлено квази-непрерывное измерение.

Дальнейшим предпочтением этой конструкции и количества устройств является достижение высокого диапазона измерений. Предпочтительно диапазон измерений достаточно высокий, чтобы обеспечить адекватную скорость измерения и обработки данных, даже для высоких потоков молока, например 10 или 12 л/мин.

Принцип измерения позволяет осуществить точное измерение массового потока в широком диапазоне измерений: от малого до большого потока без необходимости калибровать действительный измеренный поток. Точность измерений не зависит от проводимости жидкости, если только присутствует минимальная проводимость, которая есть, как правило, даже в простой дистиллированной воде, и, таким образом, подходит для большинства сортов воды, молока и т. п. Таким образом, проводимость молока обычных сортов воды и других жидкостей находится в диапазоне, хорошо пригодном для измерений.

Систематические колебания в оптических, электрических или физических характеристиках потока жидкости в процессе измерения присущи и должны быть приняты в расчет. Например, колебания в проводимости в процессе доения лежат между 3000 и 6000 мСм и не будут неблагоприятно воздействовать на измеряемый результат, хотя проводимость изменяется от факторов в 2 раза. Не требуется постоянного выполнения калибровки или уравнивания для проводимости жидкой среды.

Благодаря принципам измерения, измерение будет всегда больше независимо от проводимости (пока будет >1 мСм/см), от температуры и от давления в измеряемом сосуде. Вообще говоря, принцип измерения подходит также к малым и минимальным проводимостям анализируемых жидкостей. Следует отметить, что простая дистиллированная вода имеет проводимость около 2 мСм/см, водопроводная вода значение приблизительно 20-500 мСм/см и молоко в диапазоне приблизительно от 2000 до 8000 мСм/см. Все эти значения проводимости позволяют реализовать заявляемый метод.

Эти предложенные преимущества для обычных регулярных проверок и измерительных устройств на фермах, например для чистой воды, могут быть использованы как средство проверки. В отличие от других подходящих измерительных устройств для молочного производства устройство согласно настоящему изобретению не требует никаких специальных калибровочных решений определения проводимости или, например, прозрачности для достижения приемлемых результатов измерений.

Как правило, однако, независимость измерений от проводимости жидкой среды может вносить неточности по уменьшению массового потока, если в измерительной секции присутствует только пенная фаза. Это происходит по причине независимости от точности значения проводимости, измерительное устройство не может отличить: либо это чистая жидкая фаза, либо чистая пенная фаза протекает в измерительном пространстве. С чистой пенной фазой, находящейся в измерительном пространстве, точно такие же потенциалы будут получены, как для чистой жидкой фазы. Будут получены одинаковые сигналы, хотя реальные массовые потоки будут отличаться.

Проблемы ошибок измерения не будет, если будет только жидкая фаза, или часть жидкой фазы и часть пены, или часть смеси будет присутствовать. Благодаря принципу измерения этот вид влияния автоматически принимается в расчет.

Избежание неточности измерений, показанных выше, например присутствие только чистой пены, возможно только в нескольких ограниченных случаях измерений.

В большинстве простых случаев этой проблемой можно пренебречь, обслуживая только значения молочных потоков из фаз доения с потоками молока, исключая специфические значения, например, в главной фазе доения. С этой стороны, зона измерения может быть ограничена как подходящая для исключения ошибок измерения. Она может включать временной фактор, такой, что, проходя максимум, измерения продолжаются только определенное время. Измерения будут предпочтительно продолжаться

- 5 013268 настолько долго, насколько адекватная масса потока присутствует, чтобы смачивать оба электрода жидкой фазой потока.

Также возможно присоединить между двумя электродами, параллельно измерительной секции, специфическое дополнительное полное сопротивление, которое может помочь избежать таких ошибок измерения. Такое сопротивление будет симулировать основную высоту жидкой фазы. Тогда, например, если будет присутствовать только пена между электродами, полное электрическое сопротивление между электродами будет соответственно выше, чем через дополнительное параллельное сопротивление. Большая часть потенциала будет сброшена. Значение, измеренное таким образом, будет более точным. Это является недостатком, хотя присутствует такая систематическая ошибка, так как указанное дополнительное сопротивление только приспосабливается к проводимости, которая может значительно изменяться в процессе доения. С другой стороны, существует преимущество снижения риска загрязнения такой конструкции.

Существует возможность измерения текущей проводимости в другой позиции и, соответственно, постоянно приспосабливать сопротивление. Это позволяет автоматически распознавать, присутствует ли только одна пенная фаза и таким образом можно избежать ошибок измерения.

Для всех конструкций предпочтительно, чтобы было по меньшей мере более одного электрода, предпочтительно оба электрода простирались через внутреннюю высоту всего измерительного отверстия или канала для потока или измерительного корпуса. Предпочтительно, чтобы электроды выступали из измерительной камеры так, чтобы была возможность защитить контакты от влияния жидкости, которая будет измеряться.

Конструкция и конфигурация этих двух электродов должна быть такой, чтобы в процессе управления жидкая фаза потока могла вступать в контакт с обоими электродами в нижней части. Размеры измерительной секции должны быть предпочтительно таковы, что верхние концы электродов контактировали с самой высокой частью максимального потока.

Другая возможность избежать указанной неточности реализована в специфическом воплощении изобретения, в котором 2 электрода простираются в углублении, выполненном в нижней части, предпочтительно расположенной в измерительной секции. В процессе измерения первый и второй электроды будут находиться в контакте с потоком жидкости, протекающей через это отверстие или углубление.

Конструкция и направление потока должны быть предпочтительно выполнены таким образом, чтобы жидкая фаза потока или пенящаяся жидкость, которая должна быть измерена, всегда естественным образом присутствовала в углублении. В этом способе будет постоянная калибровка относительно жидкой фазы. Тогда, если будет присутствовать в измерительной зоне только пенная фаза, потенциал, измеренный между электродами, будет включать плотность.

Углубление будет гарантировать, что даже самый легкий молочный поток будет электрически соединять оба электрода через жидкую фазу потока и будет гарантировано отсутствие ошибок измерения. Основываясь на разности электрической проводимости жидкой фазы и пены, электрическое соединение двух электродов через жидкую фазу потока в отверстии будет гарантировать, что чистая пена не будет попадать в жидкую фазу.

Глубина этого отверстия или углубления должна быть много меньше, чем высота канала. Отношение может быть большим чем 1:5 и лежать в диапазоне приблизительно между 1:10 и 1:30 и быть приблизительно 1:20.

Предпочтительно отверстие содержит дренажную канавку в одном из специфических воплощений. С этой дренажной канавкой, постоянно открытой в процессе измерения, будет постоянный обмен с измеряемым потоком, так что канавка будет постоянно содержать образец жидкости. С другой стороны, в зависимости от конфигурации углубления и свойств измеряемой жидкости, может быть только минимальный обмен на протяжении процесса измерения, что может стать причиной погрешности измерения.

Углубление без дренажной канавки также возможно. Тогда обмен будет иметь место, например, посредством загрузки потока в канавку.

Если дренажная канавка выполнена, она может быть закрываемой. Дренажная канавка может быть выполнена, например, закрываемой на время измерения, в частности, когда обмен жидкости удовлетворительный. Для очищения устройства дренажная канавка может быть открытая, чтобы позволить простую очистку углубления.

Дренажная канавка может быть, например, выполнена в виде маленького разгрузочного канала, соединенного выемкой (углублением) с выгрузчиком. Или также дренажная канавка может быть соединена с отдельным выходом или соединением.

Устройство с углублением спроектировано так, чтобы специфическая часть протекающей среды дренировала, т.е. подходила для прецизионного анализа консистенции для проверки качества молока в процессе доения. Для этой цели, например, 0,5 или 1% приемлемого количества молока может быть дренировано (выпущено).

Одно значительное преимущество дренажной канавки - это то, что углубление опустошается само в конце процесса доения, чтобы гарантировать, что после полоскания не будет остатков ополаскивающей воды, которые могут попасть в молоко следующей коровы.

- 6 013268

Предпочтительно, чтобы корпус имел канал, выполненный в нем, по меньшей мере часть этого канала была размещена в области измерительной секции.

Предпочтительное воплощение изобретения обеспечивает по меньшей мере один электрод, сконструированный как устройство, расположенное вдоль канала.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один электрод был изготовлен в форме прута или трубки. Электрод может быть изготовлен, например, в виде электропроводного стержня. Также приемлемо, чтобы по меньшей мере один электрод был сконструирован, как круглый, овальный, угловой, в частности прямоугольный пруток или как плоская или изогнутая плата. Выбор такой формы электрода позволяет измерению быть более надежным и снизить стоимость производства.

Также приемлемо внедрить один электрод, или два, или более электродов в стенки канала. В этом способе будет достигнута простота очистки и обслуживания, а, кроме того, высокая надежность измерительного устройства. Более того, поток в в канале не будет подвержен вредным воздействиям.

Все из конструкций предпочтительно обеспечены ограничителем потока в корпусе, в частности в области измерительной секции. Указанный ограничитель потока может быть сопротивлением для потока. Предпочтительно, чтобы ограничитель потока был сконструирован в виде диафрагмы. Также возможно обеспечить сужение канала для потока на определенную длину.

Диафрагма по настоящему изобретению представляет собой сопротивление потоку среды, предпочтительно образована в виде сужения чистого поперечного сечения потока измеряемой секции, в котором указанное чистое поперечное сечение предпочтительно сформировано как канал.

Ограничение потока обусловлено тем, чтобы уменьшить протекание жидкой среды. Предпочтительно измерительные устройства или электроды позиционировать рядом с этим ограничением потока.

Диафрагма также известна из устройства по патенту ΌΕ 3737607 А1. Однако в отличие от указанного устройства диафрагма или разгрузочное отверстие согласно настоящему изобретению может быть сделано значительно шире, так как разрешающая способность этого метода измерений не связана с высотой заполнения. Это известное устройство, имеющее множество электродов, размещенных один над другим, обеспечивает пошаговую разрешающую способность так, чтобы более высокая разрешающая способность могла быть достигнута с более высоким заполнением множества промежуточных шагов. В настоящем изобретении, однако, разрешение предпочтительно независимо от ширины отверстия, так что отверстие может быть выполнено более широким.

Это будет также значительно уменьшать риск прекращения потока посредством посторонних частиц. Уменьшение потока перед разгрузочным отверстием в соединении с прекращением протекания будет показывать более высокую скорость потока, чем существует. Именно поэтому известное устройство по патенту ΌΕ 3737607 А1 обеспечено решетчатым фильтром во входной области, который требует регулярной очистки. Это значительно усложняет постоянное использование, если известное устройство жестко вмонтировано в доильном приспособлении, так как требуется большое дополнительное обслуживание и очистка.

Этот недостаток преодолевается специфическим воплощением устройства согласно настоящему изобретению. Разрешающая способность не ограничена шагами, специфицированными посредством измерительных электродов. Принцип фиксации значений непрерывного измерения позволяет достичь высокой точности. Эта ширина потока и это поперечное сечение выходного отверстия или сливного отверстия могут быть сконструированы большими, чем в устройстве, известном из уровня техники. Это имеет значительное преимущество для нежелательных примесей или посторонних частиц, возможно присутствующих в молоке, так как они свободно протекают и не останавливаются в проходящем потоке. Такими посторонними частицами могут быть стружка, части подстилки, пищевые остатки, такие как зерна.

Пищевые остатки или другие инородные тела, такие как солома, могут, например, быть всосаны с пола перед выключением вакуума, когда сосковая чашка падает или ломается. Недостаточная очистка соска может позволить инородным телам попасть в молоко, так что они могут затем застрять в сливном отверстии, в частности, если оно слишком узкое, например, для зерен кукурузы. Предварительные фильтры могут отсутствовать.

Предпочтительно, чтобы поперечное сечение ограничителя потока или диафрагмы было изменяемым. В частности, предпочтительно, чтобы диафрагма была заменяемой. Это позволяет приспособить величину гидродинамического сопротивления.

Преимущество этого в том, что даже для меньших максимальных молочных потоков (например, когда доение четвертей вымени происходит отдельно, или для животных, чей максимальный молочный поток низкий, таких как овцы или козы) достижимая точность измерения и разрешающая способность измерения будет выше, так как входная измерительная поверхность будет использована полностью. Когда возможная зона измерения устройства используется оптимально для каждого измерения, достигается высокая точность измерения.

Предпочтительное воплощение обеспечивает по меньшей мере один электрод, выполненный посредством или целиком с элементом корпуса. Например, один электрод или оба электрода могут быть вмонтированы в стену или на стене канала. Также по меньшей мере один электрод может быть размещен у ограничителя потока или у диафрагмы.

- 7 013268

В случае, когда диафрагма использована как ограничитель потока, по одному электроду может быть размещено с противоположных сторон. Тогда предпочтительно предварительно определить или, по меньшей мере, определить влияние ширины отверстия диафрагмы посредством этих двух электродов. Предпочтительно, чтобы оба электрода были размещены у диафрагмы.

Существует значительное преимущество для того, чтобы иметь часть сопротивления потока, сформированного посредством электродов. Тогда эти электроды и диафрагмы будут формировать одно единое целое. Например, один электрод встроен в поверхность потока сопротивления. При этом измеритель будет оставаться простой конструкцией.

В предпочтительном выполнении по меньшей мере один электрод размещается перед диафрагмой или потоковым сопротивлением.

Один электрод может быть подходяще размещен в области препятствия диафрагм, предпочтительно очень близко к потоковому сопротивлению, так чтобы достичь наибольшей точности определения возможного массового потока. Второй электрод может быть размещен где-нибудь выше диафрагмы или даже он может быть физически соединен с потоковым сопротивлением.

В другой конструкции ограничение поперечного сечения не используется, по меньшей мере, в области, где установлены электроды. Измерительная область, в которой электроды размещены, тогда будет сконструирована предпочтительно как простой многоугольный канал. Это предпочтительное поперечное сечение может быть, в частности, круглое или даже овальной формы. Тогда с электродами, вмонтированными в стенки канала, массовый поток текущей жидкой среды определится без требуемого ограничения поперечного сечения. Такая конструкция имеет преимущество в том, что касается, в частности, выпуска пены.

Постоянная пена может не транспортироваться посредством жидкой фазы, если она целиком заполняет свободное пространство над жидкой фазой, сжимает жидкую фазу и, таким образом, ускоряет уровень потока, так что скорость потока теперь не может служить идентификатором скорости потока. Именно поэтому устройство предпочтительно, когда порция пены смешивается и выводится.

Когда, например, треугольный канал выполнен с одним углом, направленным вниз, в пустоте, описанной выше, нет необходимости, так как нижняя область, как правило, будет содержать жидкую фазу.

Для стабилизации уровней давления и для избежания эффектов от изменения уровней давления, действующих на скорость потока, и, таким образом, на точность измерения, предпочтительно иметь устройство для давления.

Устройство для пассивной или даже активной компенсации давления выше измерительного устройства будет приводить к тому, что скорость потока будет существенно определятся земным тяготением, и при этом значительные влияния могут быть достигнуты посредством самого массового потока. Такое устройство для компенсации давления будет приводить к тому, что во внутренней измерительной области скорость потока будет соответствовать простой калибровке.

Без компенсации давления между входным и выходным отверстиями устройства скорость потока может зависеть от текущего давления. Это потому, что с равной плотностью, размещенной выше высоты в первом примере, разница давлений над измерительной секцией выше, чем во втором примере. Молоко будет течь быстрее в первом примере, чем во втором. Например, если дополнительный воздух вводится в сосковой линии, уровень потока молока будет ускоряться благодаря тому, что вошел воздух. Более того, давление может возрастать локально над измерительной секцией, увеличивая скорость потока.

Как правило, скорость не будет измеряться отдельно, а только в калибровочных измерениях, для справки, и скорость подвержена влиянию дополнительных потоков воздуха, массовые потоки не могут быть больше точно определены. Массовые потоки определяются способом калибровочных кривых, которые больше не могут подходить к текущим массовым потокам. Однако конструкция измерителя может снизить или избежать этого влияния.

Существует преимущество измерения, если уровень давления присутствует и существенно постоянен. Когда влияние разницы давления известно, измерения указанной разницы давления выше измерительной секции могут быть успешными, так как можно рассчитать массу мгновенных потоков из верхнего профиля этой плотности и эту разницу давлений. Это, однако, более сложно.

Предпочтительна, таким образом, компенсация давления между входным и выходным отверстиями, которые работают для стабилизации давления в измерительной секции. В специфической конструкции изобретения давление над устройством стабилизировано посредством активных средств генерации давления.

Предпочтительны, однако, пассивные средства, т.е. обводные трубопроводы, которые размещаются в конструкции так, чтобы существовала только газовая фаза, технический воздух, которые выгружаются через обводной трубопровод, но не пена или жидкая фаза. Этот обводной трубопровод используется, в частности, чтобы избежать возврата давления. Этот обводной трубопровод, в частности, предпочтительно разместить близко к входному отверстию, в частности перед измерительным устройством или электродами.

Благодаря этим обводным трубопроводам устройство для измерения массового потока не создает существенных сопротивлений потоку. Разгрузчик дополнительного давления гарантирует, что давление

- 8 013268 около входного отверстия будет приблизительно такое же, как и давление молока в трубопроводе перед или после устройства для измерения массового потока. В этом способе нет перепада давления, которое имеет место в устройствах, которые могут воздействовать на скорость потока жидкой среды или доильного процесса.

Предпочтительно, чтобы обводной трубопровод содержал спаренный обводной трубопровод для того, чтобы сохранить устройство вне давления. Трубопроводное соединение для обводного трубопровода может быть сконструировано, например, как трубопроводное сопло.

Предпочтительно, чтобы обводное трубопроводное сопло в дальнейшем служило для непосредственного удаления больших порций воздушных потоков без молока. Удаление больших порций воздуха является причиной уменьшения пенообразования в измерительной секции. Удаление воздуха, более того, предотвращает неблагоприятный эффект на скорость потока. Обводная пара и входное отверстие вместе могут служить как циклонный сборник, таким образом, устанавливая соединение жидкой среды с устройством выходного отверстия.

Устройство может дополнительно содержать секцию для стабилизации и/или сглаживания потока перед измерительным датчиком. В этом случае точность измерения может быть значительно выше.

Во всех воплощениях, описанных выше, по меньшей мере, можно обеспечить третий электрод, который в предпочтительном воплощении простирается в измерительную секцию сверху.

С помощью значений, измеренных третьим электродом, которые обеспечиваются дополнительно к второму электроду, таких как датчик или детектор, значения с указанных двух датчиков могут быть усреднены для дальнейшего улучшения точности измерений. Второй и третий электроды тогда могут быть задействованы поочередно или одновременно.

Третий электрод, простирающийся сверху вниз, даже не на всю высоту, а только на часть высоты от верха, может определять слой пены, который мог бы накрывать поверхность. С результатами измерений от второго и третьего электродов, которые различаются, можно заключить, что второй электрод окружен жидкой фазой у низа, при этом пена существует в верхней части, которую соответственно определяет третий электрод. Методом корреляционного анализа можно избежать неточностей результатов измерений без пробелов или перерывов.

В предпочтительном специфическом воплощении изобретения выполнено по меньшей мере три электрода с электрическим значением, приложенным к первому электроду. Первое измеренное значение определяется между первым и вторым электродами, а второе измеренное значение определяется между первым и третьим электродами. Теперь, когда второй и третий электроды размещены напротив в направлении потока, наклон устройства может быть определен, основываясь на первом и втором измеренных значениях. Для того чтобы определить угол наклона приспособления, частично заполненного жидкой средой, в частности, перед операцией действительного измерения, его предпочтительно закрывают так, чтобы предохранить жидкую среду от вытекания. Наклон может быть вычислен из измеренных значений. Также возможно определить наклон в пространстве с полным размещением четырех электродов в подходящих положениях.

После определения угла или углов наклона, эти значения могут быть использованы для корректировки или калибровки. Также можно обратиться назад к подходящей калибровочной кривой, размещенной в памяти устройства, посредством определенных угловых значений. Полная надежность и точность могут, таким образом, быть далее увеличены.

Все предпочтительные специфические воплощения, описанные выше, могут быть обеспечены раздельными датчиками наклона. Могут быть также применены датчики наклона, известные из уровня техники. Сигнал или сигналы датчиков наклона используют для выбора подходящей калибровочной кривой из нескольких калибровочных кривых или для выбора фиксированных или гибких параметров коррекции для измеренного значения.

Внедрение отдельного датчика наклона дает то преимущество, что выравнивание приспособления может быть проверено на фиксированных или неопределенных интервалах. Указанная проверка может быть выполнена однажды в периоды, такие как неделя или день, или предпочтительно по меньшей мере один раз за процесс измерений. Положение может быть определено в процессе измерения так, чтобы в каждом измеренном значении или через несколько измеренных значений принимался во внимание сигнал, уловленный от датчика наклона.

Частное предпочтительное воплощение обеспечивает измерительную камеру для датчика наклона, смонтированного на устройстве. Датчик наклона может управляться согласно принципам измерения, описанным выше. Тогда измерительная камера для датчика наклона содержит три или по меньшей мере предпочтительно четыре электрода. Конструкция электродов выполнена так, чтобы угол наклона мог быть определен, по меньшей мере, в направлении потока жидкости, который должен быть измерен. Удобно обеспечить одно общее средство анализа для измерительного устройства для определения количества или массового потока жидкости и для датчика наклона.

Другое воплощение изобретения способствует тому, что измерение, как правило, не завершается в потоке, но постоянно определяется количество жидкой среды, подаваемой в измерительную камеру продукта, в частности, в процессе доения. Такая конструкция направлена на то, чтобы измерительный сосуд

- 9 013268 собирал жидкую среду, по меньшей мере, за период времени. После наполнения измерительного сосуда, сосуд может быть опорожнен. Периодическое наполнение и опорожнение собранной жидкой среды в течение процесса измерения также можно представить, в частности, если объем сосуда не подходит для промежуточного сохранения количества наполняемой жидкости для одного измерительного процесса.

В одном воплощении с измерительным сосудом, электроды простираются на всю внутреннюю высоту измерительного сосуда, используемую для измерения. Предпочтительно поперечное сечение измерительного сосуда было приблизительно равно и больше высоты. С другой стороны, калибровка может быть выполнена относительно геометрии измерительного сосуда.

В этой конструкции средство анализа подходит для определения массы жидкой среды в измерительном сосуде. Благодаря различию содержания жидкой среды в измерительном сосуде между второй временной точкой и первой временной точкой может быть рассчитано количество жидкости, добавленной в течение указанного интервала времени. Деление на временной период даст результат в массовом потоке жидкой среды. Так как частота измерения может быть очень высока, промежуток времени, требуемый между первым и вторым измерением, является маленьким, может быть выполнено непрерывное или, по крайней мере, квазинепрерывное определение количества или массового потока.

Первое измерение количества М1 выполнено за время Т1, и второе измерение М2 - за время Т2. Результат будет массовым потоком (М2^(т2)-М1^(т1))/(Т2-Т1). Заданный временной интервал, например 1 с, поток молока, например 120 г/мин, даст вывод массового приращения 2 г, которое позволит определить поток молока с более чем достаточной точностью. Более высокая частота измерения даст в результате, соответственно, более высокое разрешение.

В любом случае, воплощение с измерительным сосудом обеспечит измерение всего входящего количества молока, всего входящего количества жидкой среды (от последнего опорожнения измерительного сосуда). Дополнительно текущий массовый поток может быть определен посредством установления приращений. Измеренные значения могут быть сглажены, например, использованием метода скользящего среднего или другим методом фильтрации.

Использование измерительного сосуда для измерения, в частности, предпочтительно, если в течение измерения среды анализируются результаты измерений. Например, в процессе доения порция надоенного молока может быть отобрана и проанализирована в процессе. Молоко, не соответствующее специальным критериям, может быть выгружено после процесса доения без сбрасывания в общий молокосборник. Это может быть сделано, например, для молока, не соответствующего заранее заданным требованиям, например, где счет ячейки превышает специфическое пороговое значение, или комки были обнаружены в молоке, или были обнаружены в молоке запрещенные вещества и т. д.

Определение предпочтительно выполнять непрерывно, чтобы позволить непосредственное определение потока молока и, таким образом, непосредственный контроль операции доения. Тогда может быть определен массовый поток, то есть количество жидкости в единицу времени.

Кроме того, для поточного измерения сосуд для получения и промежуточного хранения жидкой среды, которая должна быть измерена, может быть сконструирован для выполнения общих измерений в дополнение к поточным измерениям или для промежуточного хранения жидкой среды до тех пор, пока результаты измерений потока не станут доступны и для подобных причин.

Все конструкции, описанные выше, включают существенные преимущества простоты очистки устройства. Принципы измерения позволяют использовать простую конструкцию устройства, которая в дополнение к простоте очистки проста в обслуживании, так как не требуется хрупких или механически подвижных частей и чувствительных оптических компонентов.

В предпочтительном воплощении настоящее изобретение содержит конструкцию, имеющую по меньшей мере два устройства, описанных выше.

Чтобы получить дальнейшую информацию о массовом потоке жидкой среды, могут быть добавлены два или более устройств для измерения массового потока, соединенные последовательно. Приемлемо также параллельное соединение, в частности, с известным или заданным разделением уровней между индивидуальными устройствами. Информация об уровне массового потока в разных позициях линии продукта может быть установлена и возможно вычислена из взвешенных результатов, так как сигнал может излучаться с прерываниями из-за загрязнения (блокирование свободного прохода канала из-за остатков соломы, семян зерна и т.д.).

Более того, настоящее изобретение относится к конструкциям для измерения по меньшей мере двух количеств или массовых потоков, в частности пенящихся жидкостей. Конструкция содержит по меньшей мере одно электрическое средство для генерации электрического потенциала и по меньшей мере одно средство для анализа. По меньшей мере два устройства имеют измерительные секции или измерительные сосуды, в каждом из которых выполнены по меньшей мере по два электрода. Электрическое средство может быть присоединено поочередно существенно параллельно к первому электроду первого устройства и существенно параллельно к первому электроду второго устройства. Предпочтительно, чтобы каждое устройство содержало отдельный корпус.

Массовый поток должен быть измерен по меньшей мере в двух местах. Сравнение измерений в разных местах вдоль линии продуктопровода позволит сделать выводы о структуре жидкости и о массовом

- 10 013268 потоке. Корреляция времени массовых потоков, определенных в различных местах, предлагается для того, чтобы определить по крайней мере одну величину, характеризующую структуру жидкости. Например, из этих данных может быть выведена скорость потока. Резкое частичное свертывание щели разгрузки или измеряющей области может быть также определено и вычислено из измеренных результатов. Кроме того, сравнение двух измеренных результатов позволяет сделать заключение о точности измерения, в особенности в терминах диапазона ошибки. Кроме того, может быть собрана информация относительно процесса доения.

В предпочтительном специфическом воплощении только одно электрическое средство и только одно средство анализа обеспечивает по меньшей мере два устройства. Также возможно 3, 4, 5, 6, 7, 8 или более устройств, в общем, с точно одним электрическим средством и точно одним средством анализа. Также возможно обеспечить одно электрическое средство для нескольких устройств и для каждого устройства одно электрическое средство.

В предпочтительном специфическом воплощении по меньшей мере два устройства расположены параллельно и, например, оптимизированы для различных проходящих потоков.

Конструкция позволяет определить, в частности, два или более количеств массовых потоков, разделенных друг от друга, в терминах структуры и пространства. Каждое устройство конструкции служит для определения независимых количеств массовых потоков, например для двух различных сосков одного животного, которое должно быть подоено.

Для индивидуально-соскового измерения предпочтительно обеспечить соответствующее число устройств. Например, для измерения количества молочного потока от козы необходимо два устройства, для коров может быть обеспечено четыре устройства для индивидуального измерения от каждой четверти вымени.

Для измерения количества молока или массового потока молока необходимо, например, обеспечить число мест доения с одной конструкцией. Так, одна кабина для доения может иметь каждое место доения или часть мест доения, оборудованных измерительными секциями или измерительными сосудами, при этом (центральное) анализирующее электронное устройство улавливает результаты измерения. Доильная карусель может быть оборудована только одним электронным устройством анализа.

Предпочтительное специфическое воплощение настоящего изобретения имеет первое устройство, имеющее меньшее поперечное сечение потока, и второе устройство, имеющее большее поперечное сечение потока. Устройство, имеющее большее поперечное сечение потока, может быть дополнительно использовано для высоких потоков молока для того, чтобы увеличить область измерения и для дальнейшего повышения точности.

Изобретенный способ для измерения массового потока жидкости, в частности жидкости с пеной, такой как молоко, включает следующие шаги: введение электрического сигнала в массовый поток протекающей жидкости посредством первого электрода, измерение сгенерированного электрического сигнала в потоке между первым и вторым электродами и определение массового потока посредством уловленного сигнала. Предпочтительная электрическая величина, прилагаемая к потоку жидкости, есть потенциал.

Для измерения этот поток может быть уменьшен посредством диафрагмы, и из измеренного профиля плотности в уменьшенной области может быть выведен массовый поток. Если гидродинамические свойства диафрагмы, измерительная секция и корпус известны, массовый поток может быть рассчитан посредством профиля плотности жидкой среды. Такое вычисление проводят, в частности, просто через калибровочное измерение.

Заявитель указывает, что он сохраняет право для отдельной защиты напрямую устройства и способа измерения количества вспененной жидкости и/или устройства и способа для измерения массового потока вспененной жидкости и, в частности, пены или пенообразующей жидкости. Специальные конструкции могут быть обеспечены для такого устройства или такого способа, чтобы включить индивидуальные или специальные особенности, описанные выше.

Дальнейшие преимущества, особенности и конструкции изобретения будут описаны в следующем воплощении со ссылками на чертежи. На чертежах изображено на фиг. 1 - устройство согласно настоящему изобретению для измерения массового потока в аксонометрическом виде со вставленной диафрагмой;

на фиг. 2 - устройство согласно фиг. 1 с вытянутой диафрагмой;

на фиг. 3 - изобретенное устройство в продольном сечении;

на фиг. 4а - устройство согласно изобретению, показанному на фиг. 1, в поперечном сечении в области измерительного устройства;

на фиг. 4Ь - второе воплощение устройства согласно настоящему изобретению в поперечном сечении в области измерительного устройства;

на фиг. 5 - потоковое сопротивление для больших массовых потоков, сконструированное в виде диафрагмы;

на фиг. 6 - потоковое сопротивление для малых массовых потоков, сконструированное в виде диафрагмы;

на фиг. 7 - продольная секция другого воплощения изобретенного устройства согласно настоящему

- 11 013268 изобретению;

на фиг. 8 - электрический эквивалентный контур для устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 1 и 2 показывают первое воплощение устройства 100 согласно настоящему изобретению в аксонометрическом виде для измерения массовых потоков жидкости 1, в частности пеносодержащих, или пенящихся, или пенообразующих жидкостей, таких как молоко. Вблизи входного отверстия 4 корпуса 50 установлена форсунка 21 компенсатора давления для удаления воздуха. Входное отверстие 4 направлено тангенциально в корпусе 50 так, чтобы поток вращался, проходя сквозь корпус. Далее канал 3 последовательно выходит из входного отверстия 4.

Измерительная система 7 размещена в канале 3 перед диафрагмой 17, в этом воплощении указанная диафрагма 17 размещена перед потоком впереди утечки 5. Диафрагма 17 служит как сопротивление 6 потоку (см. фиг. 2). В предпочтительном воплощении диафрагма может быть вставной (см. фиг. 1) или заменяемой (см. фиг. 2) при необходимости. Замена диафрагмы 17 позволяет приспособить сопротивление потока для различных условий, т. к. при доении овец или коз максимальный поток молока значительно ниже, чем при доении коров.

Диафрагма 17 имеет трапецеидальное открытое поперечное сечение 18, которое увеличивается кверху. Диафрагма 17 предопределяет значение гидродинамического сопротивления, создающегося потоковым сопротивлением 6. Потоковое сопротивление приспосабливается изменением, например, открытием чистого поперечного сечения и его конусности. Устройство для удаления воздуха или форсунка 21 служит для того, чтобы поддержать внутреннюю часть измерительного устройства существенно без повышения давления за счет удаления порции воздуха, содержащегося в потоке, массовый поток которого должен быть определен.

Фиг. 3 показывает устройство 100 согласно настоящему изобретению для измерения массового потока в продольной секции с каналом 3, который содержит входное отверстие 4 (см. фиг. 1) и выходное отверстие 5, и через которое протекает жидкость 1, содержащая пену 2. Входное отверстие 4 вмонтировано в циклонный коллектор 20, через который газ или воздух может быть частично удален посредством проходной форсунки 21 или устройства для удаления воздуха 21. Проходная форсунка расположена центрально у конца корпусного элемента 51, который здесь выполнен цилиндрической формы, присоединение первого элемента корпуса 50, у которого входное отверстие 4 выполнено против линии прохода со вторым концом корпуса 50, где выходное отверстие 5 обеспечено так, чтобы установить баланс давления между входом 4 и выходом 5. Это служит для поддержания измерительного устройства 100, по существу, без давления, чтобы установить скорость потока жидкости, по существу, не зависящей от разности давления. Увеличение разности давления может, с другой стороны, быть причиной, например, подсоса воздуха в сосковой линии. Кроме того, обход позволяет увеличить производительность.

Корпус 50 содержит первый элемент 51 и второй элемент 52. Этот первый элемент 51 корпуса наклонен к горизонту в области входного отверстия 4. В настоящем воплощении угол приблизительно 45° к горизонтали. Второй корпусной элемент 52 также наклонен к горизонтали, чтобы поддерживать движение потока. Угол наклона меньше, хотя и определяется действительными условиями. Как правило, угол должен быть меньше 30°, предпочтительно меньше чем 15°. Хорошие результаты достигнуты с углом наклона 5°.

Центральная ось 56 (пунктирная линия) через первый корпусной элемент 51 или первую секцию корпуса 50 наклонена относительно вертикальной ориентации на угол 58, который в этом воплощении выполнен около 45°. Центральная ось 57 (пунктирная линия) через второй корпусной элемент 52 или вторую секцию корпуса 50 наклонена относительно вертикальной ориентации на угол 59. Оба корпусных элемента сконструированы так, чтобы быть осесимметричными относительно центральных осей 56 и 57. В частности, круглое поперечное сечение второй секции 52 перед датчиком с первым и вторым электродом служит для того, чтобы заставить пену перемешиваться в проходящем потоке жидкой среды в измерительной зоне, таким образом, что любая присутствующая или формируемая пена будет промыта и не может накапливаться.

В частности, наклон первого корпусного элемента 51 заставляет поток протекать через корпус 50 в винтообразном движении. Протекающая жидкость направляется радиально, и благодаря гравитации дополнительно вводится осевой фактор.

В этом воплощении корпус 50 включает перекрывающую или разделительную стенку 19, установленную здесь между первым корпусным элементом 51 и вторым корпусным элементом 52 и распространяющуюся от крышки наклонно вниз и назад. Участок 19 закрывает устройство в верхней области так, что жидкость может только проходить от первого корпусного элемента 51 к второму корпусному элементу 52. Часть 19 служит для дополнительного уменьшения скорости потока и для лучшего перемешивания пены, так как пена плавает на жидкости и может только проходить через чистое поперечное сечение ниже, чтобы выходить за пределы, когда она смешана с жидкостью, так как чистое поперечное сечение стремится быть ниже уровня жидкости. Другое воплощение можно обеспечить без части 19.

В общем, винтовое движение жидкости продолжается, проходя сквозь корпус 50 так, что обеспечивает винтовое движение во втором, последовательном цилиндре, сконструированном корпусном элемен

- 12 013268 те 52, по меньшей мере, с сильным потоком жидкой среды.

Существенное преимущество этой конструкции в том, что порция пены жидкой среды определена и перемешана. В преобразовательной корпусной конструкции и условиях потока пена стремится увеличиться и собраться выше части потока жидкой среды в постоянной пенной порции. Настоящая конструкция в большинстве случаев позволяет избежать этого. Пенная часть относительно рассеивается, по меньшей мере, в молочном потоке, имеющем место в процессе главной фазы доения. В начале и конце доения пенная часть также, как правило, рассеивается. Т.к. принцип используемого метода измерения включает порцию пены, достигаемая точность измерения в целом превосходна.

Жидкой среде 1 ставится заслон впереди утечки 5 во втором корпусном элементе 52 посредством элемента сопротивления потоку 6, выполненного в форме диафрагмы, в этом случае, опустошаясь в утечку 5.

Измерительное устройство 7 выполнено в форме двух электродов 8 и 9, средства измерения напряжения 13 и источника напряжения 12 или средства генерирования напряжения. Электроды измерительного устройства 7 могут быть размещены вблизи сопротивления потоку 6. Диафрагма может быть, в частности, сформирована электродом, как показано на фиг. 5, так, чтобы первая боковая граница 53 диафрагмы служила первым электродом 9 и вторая боковая граница 54 выступала как второй электрод 8.

Хотя первый электрод 9 на фиг. 3 выполнен в виде круглого прутка проводимого материала (например, высокосортной стали), он может быть внедрен в стенку канала 3, как показано на фиг. 4Ь.

Средство генерирования напряжения 12 служит для того, чтобы предварительно определить источник переменного напряжения так, чтобы избежать накопления электричества на электродах 8 и 9, которое могло бы быть причиной препятствий к измерению напряжения. Переменное напряжение является удобным.

Плотность жидкой протекающей среды 1 определена посредством первого электрода 9 и второго электрода 8 в электрических линиях 22, и средство генерирования напряжения 12 прилагает напряжение к первому электроду 9 между удаленными точками 9а и 9Ь первого электрода 9. Напряжение может быть приложено, в частности, как показано в настоящем воплощении, между первым концом 10 и вторым концом 11 первого электрода 9. Первый конец 10 и первая точка 9а первого электрода 9 выполнены в нижней области корпуса, в то время как вторая точка 9Ь и второй конец 11 размещены в верхней области корпуса.

Сопротивление электрода 9 выбирают так, чтобы оно было значительно меньше, чем сопротивление потока жидкой среды, которая должна быть измерена при заполнении по максимальной высоте. В этом способе влияние сопротивления жидкой среды на общее сопротивление может быть проигнорировано в первом приближении. Однако указанное влияние может быть включено в расчет.

Приложенный потенциал зависит от индивидуальных случаев. В этом воплощении изобретения пиковое значение переменного напряжения составляет 60 тУ, при этом сопротивление электрода 9 составляет приблизительно 100 мОм.

В первом электроде потенциал линейно увеличивается с измерением высоты. Приложенный потенциал, введенный в жидкость посредством электрода, в каждом месте смачивается жидкостью. Вследствие этого, низкая абсолютная высота потенциала позволяет избежать неблагоприятных эффектов на животных в процессе доения.

Второй электрод 8 простирается от первой точки 8а или от первого конца в нижней области корпуса до второй точки 8Ь или до второго конца в верхней области корпуса, получение потенциала относится к высоте заполнения жидкости 1 и к композиции этой жидкости. Вольтметр 13 служит для того, чтобы соединить точку 8а второго электрода 8 с точкой 9а первого электрода 9 или с нижним концом 10 первого электрода 9. Если присутствует только чистая жидкая фаза, соответствующий потенциал прилагается к второму электроду 8, соответствующему уровню протекающей жидкости, и измеряется с помощью средства измерения напряжения 13. Пенная часть 2 включена, так как специфическое сопротивление пены соответственно выше, чем общее сопротивление, которое представляет эта плотность.

Фиг. 3 показывает поперечное сечение изобретенного устройства 100, содержащего первый электрод 9, выполненный в виде круглого прутка, и второй электрод 8, также сконструированный в виде круглого прутка. Эти два электрода 8 и 9 простираются в углубление 14, в котором жидкость будет накапливаться даже с самым низким массовым потоком, так, чтобы установить электрическое соединение между первым электродом 9 и вторым электродом 8 посредством жидкой фазы. Электрический контакт через жидкую фазу важен в самом начале процесса доения и, в частности, около конца процесса доения, когда молочный поток слаб или незначителен. Там, где не присутствует жидкая фаза и присутствует только пена, могут иметь место значительные ошибки измерения.

Пустота, заполненная жидкой фазой, гарантирует, что правильные результаты измерения будут получены даже с массовыми потоками, включающими фактически чистую фазу пены.

Основные простые воплощения также позволяют маленькому сопротивлению быть связанным параллельно вместо пустоты, чтобы моделировать пустоту. Удовлетворительные результаты могут быть получены также таким образом, хотя маленькие потоки фактически просто пенятся, проводимость жидкости может влиять на результаты измерения.

- 13 013268

Такое измерение позволяет измерять потенциал даже с наименьшими массовыми потоками. Камера 14 содержит выпуск 15, через который жидкое содержимое 1 может непрерывно протекать так, что жидкость 1 в камере 14 постоянно обновляется.

Любые временные изменения проводимости жидкого содержания 1, таким образом, также ощущаются в камере 14, чтобы не вызвать погрешности в измерении. Минимальный уровень жидких форм, получаемых посредством камеры 14 такой, что в потенциометрическом измерении определяется не полная высота пены, но средняя плотность жидкого содержания 1.

Фиг. 5 и 6 показывают различные воплощения потокового сопротивления 6, как диафрагмы 17, имеющей различные конические сужения, или трапецеидальные открытые поперечные сечения 18. Открытые поперечные сечения 18 могут быть приспособлены к специфическим измерениям, которые предлагают преимущества даже для малых массовых потоков, разрешая относительные изменения измерения уровня жидкости.

Специфическое воплощение устройства обеспечивается диафрагмой 17, как показано на фиг. 5. Два электрода 8 и 9 могут формировать границу диафрагмы 17 так, что одна кромка 53 формировала первый электрод 9 и вторая кромка 54 - второй электрод 8. Такая конструкция вначале рассматривалась как недостаток, так как ожидалось, что потенциал, наведенный на первый электрод 9, будет нерегулярным, и потенциал, обнаруженный на втором электроде 8, также может быть нерегулярным, так как расстояние между электродами существенно изменяется по высоте. К удивлению было найдено, что такая конструкция дает результат хорошего качества измерений, даже, если электроды не расположены параллельно относительно друг друга. У-Образная или трапецеидальная форма электродов не вредит измерениям. Наоборот, такая конфигурация позволяет достичь особо надежных измерений. Причина среди прочего в том, что внутренняя протекающая жидкая среда течет через диафрагму и плотность определяется между двумя электродами.

Фиг. 7 представляет боковой вид модифицированного воплощения поточного сопротивления. В этой конструкции потоковое сопротивление расположено наклонно или вертикально. Угол от вертикали выполнен приблизительно 45°, однако, он может быть между 0 и 60° или даже больше.

В этом воплощении кромка диафрагмы 17 может также быть сформирована одним или обоими электродами. Снова диафрагма 17 является трапецеидальной в поперечном сечении 18, как показано на фиг. 5 и 6. Диафрагма является наклонной к направлению потока. В этом способе посторонние частицы в протекающем потоке среды могут собираться в нижней области диафрагмы и смываются вверх, пока поперечное сечение диафрагмы не достаточно, чтобы продвинуть и смыть посторонние частицы. Засорение диафрагмы, таким образом, как правило, не будет происходить.

На фиг. 8 представлена эквивалентная диаграмма принципа измерения. Первый электрод 9 содержит пруток из высококачественной стали с низким сопротивлением, погруженный в проводящую жидкостно-газовую смесь. Генератор напряжения 12 проводит высокочастотный ток через первый электрод 9, через линию снабжения 22. Напряжение измеряется посредством средства измерения напряжения 13 между первым электродом 9 и вторым электродом 8.

Центральные эквивалентные сопротивления КБ1 и КБ2 жидкостно-газовой смеси лежат параллельно погруженной части первого электрода 9. Собранное напряжение, таким образом, пропорционально кривой плотности у первого электрода. Управляемая подача тока служит для того, чтобы минимизировать прямое воздействие центральных эквивалентных сопротивлений ΚΕΊ и КБ2 на измеренный результат.

- 14 013268

Список номеров обозначений:	22	электрический провод
1	жидкая среда	26	средство анализа
О	пена	50	корпус
3	канал	51	первый корпусной элемент
4	входное отверстие	52	второй корпусной элемент
5	выходное отверстие	53	боковая граница диафрагмы
6	потоковое сопротивление	54	боковая граница диафрагмы
У	измерительное устройство	55	угол
8	второй электрод	56	ось
8а	первая точка	57	ось
8Ь	вторая точка	58	угол
9	первый электрод	59	угол
9а	первая точка	100 устройство

9Ь вторая точка первый конец второй конец средство генерирования напряже- ния средство измерения напряжения канавка утечка диафрагма открытое поперечное сечение разделение циклон коллектор устройство удаления воздуха

Claims (29)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Установка (100) для измерения массового потока, в частности вспененной жидкости, имеющая по меньшей мере одно измерительное устройство (7), содержащее по меньшей мере два электрода (8, 9), подключаемых по меньшей мере к одному электрическому средству (12) для генерации электрического потенциала и средству измерения (13) напряжения или тока, отличающаяся тем, что первый электрод (9) имеет протяженную форму, а электрическое средство (12) присоединено к двум пространственно разделенным точкам (9а, 9Ь) первого электрода (9) для создания электрической разности потенциалов между этими точками, при этом второй электрод (8) выполнен с возможностью электрического соединия с первым электродом (9) через средство измерения напряжения или тока (13), причем первый и второй электроды (8, 9) расположены с возможностью непосредственного контакта с измеряемым потоком жидкости.
2. 2. Установка (100) согласно п.1, отличающаяся тем, что электрическое средство (12) выполнено в виде источника напряжения.
3. 3. Установка (100) согласно п.1, отличающаяся тем, что электрическое средство (12) выполнено в виде источника постоянного электрического тока.
4. 4. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один, а предпочтительно оба электрода (8, 9) простираются по всей высоте корпуса.
5. 5. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она имеет по

   - 15 013268 меньшей мере одно входное и одно выходное отверстие.
6. 6. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что оба электрода входят в канавку в нижней области корпуса.
7. 7. Установка (100) согласно предыдущему пункту, отличающаяся тем, что в канавке имеется выпускное отверстие 15.
8. 8. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из электродов (8, 9) выполнен в виде электрически проводимого прутка, который, в частности, может быть круглым, овальным, треугольным, квадратным или многоугольным, плоским или овальным.
9. 9. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что в корпусе в месте измерения имеется сужение в виде щели (18) или установлена диафрагма (17).
10. 10. Установка (100) согласно предыдущему пункту, отличающаяся тем, что диафрагма (17) выполнена сменной.
11. 11. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один электрод (8, 9) расположен в стенке корпуса (50).
12. 12. Установка (100) согласно любому из пп.9-11, отличающаяся тем, что по меньшей мере один электрод (8, 9) расположен перед щелью (18) или диафрагмой (17).
13. 13. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что имеется отвод воздуха (21) между входным (4) и выходным (5) отверстиями для того, чтобы стабилизировать давление выше измерительной секции.
14. 14. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один третий электрод.
15. 15. Установка (100) согласно предыдущему пункту, отличающаяся тем, что третий электрод входит внутрь измерительной секции сверху.
16. 16. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один датчик наклона для определения угла наклона.
17. 17. Установка (100) согласно любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что средство измерения выполнено с возможностью хранения по меньшей мере одного корректирующего параметра в памяти для учета при расчете по меньшей мере одного угла наклона.
18. 18. Установка (100) согласно предыдущему пункту, отличающаяся тем, что содержит измерительный сосуд для сбора жидкой среды.
19. 19. Установка (100) согласно любому из пп.17-18, отличающаяся тем, что измерительный сосуд имеет, по меньшей мере, первый и, по меньшей мере, второй электроды, расположенные в сосуде.
20. 20. Установка (100) согласно любому из пп.17-19, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью определения количества жидкой среды в измерительном сосуде.
21. 21. Установка (100) согласно любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, она содержит по меньшей мере два измерительных устройства.
22. 22. Система для измерения по меньшей мере двух массовых потоков, в частности вспененных жидкостей, включающая по меньшей мере две установки по любому из пп.1-21 и по меньшей мере одно электрическое средство (12) для генерации электрического потенциала, отличающаяся тем, что это электрическое средство (12) выполнено с возможностью присоединения попеременно, существенно параллельно к первому электроду (9) первой установки и параллельно к первому электроду (9) второй установки.
23. 23. Система для измерения по меньшей мере двух массовых потоков, в частности вспененных жидкостей, включающая по меньшей мере две установки по любому из пп.1-21 и по меньшей мере одно электрическое средство (12) для генерации электрического потенциала, отличающаяся тем, что средство измерения (13) выполнено с возможностью попеременного присоединения между первым (9) и вторым (8) электродами установки (100) и между первым (9) и вторым (8) электродами другой установки (100).
24. 24. Система согласно п.22 или 23, отличающаяся тем, что по меньшей мере для двух установок (100) имеется только одно электрическое средство (12) и только одно средство измерения напряжения (13).
25. 25. Система по одному из пп.22-24, отличающаяся тем, что по меньшей мере две установки (100) установлены параллельно.
26. 26. Система согласно предшествующим пунктам, отличающаяся тем, что для индивидуального соскового измерения имеется соответствующее количество установок (100).
27. 27. Система по любому из пп.22-26, отличающаяся тем, что первая установка (100) содержит меньшее поточное поперечное сечение, чем вторая установка (100).
28. 28. Способ измерения количества или массового потока, в частности вспененных жидкостей, включающий использование установок по любому из пп.1-21, в котором разность электрических потенциалов прикладывают к первому электроду (9), имеющему протяженную форму, размещенному во вспененной жидкости, и получают электрический сигнал между первым (9) и вторым (8) электродами, и анализируют этот сигнал посредством средства измерения напряжения (13), размещенного между первым (9) и вторым (8) электродами, при этом первый и второй электроды (9, 8) размещены в устройстве (100) и в

    - 16 013268 непосредственном контакте с жидкостью, поток которой необходимо измерить.
29. 29. Способ измерения согласно п.28, отличающийся тем, что определяют массовый поток посредством установления отличий в количестве жидкости во второй точке во времени и первой точке во времени относительно временного интервала между первой и второй точками времени.